JP2013254730A - 改良されたクッション機能付きのケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】挿入損失およびスキュー特性が低減されている通信ケーブルを提供すること。
【解決手段】本発明は、絶縁ワイヤからなる少なくとも２つのワイヤペアを備えたケーブルに関するものである。隣接するペアは、クッション層によって、それら隣接するペアの接触ポイントのところにおいて隔離されており、クッション層は、それらワイヤペアの全体を囲むものではない。ケーブルは、挿入損失の小さなばらつきと、ケーブル内に導入された入力電圧と出力電圧との比率と、を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、２０１２年３月２１日付けで出願された米国特許予備出願シリアル番号第６１／６１３，７４７号の優先権を主張するものである。この文献の記載内容は、参考のためここに組み込まれる。

本発明は、絶縁ワイヤからなる少なくとも２つのワイヤペアを備えたケーブルに関するものである。それらワイヤペアどうしは、クッション部材によって、それらの接触ポイントにおいて、隔離されており、クッション部材は、それらワイヤペアの全体を囲むものではない、また、一方のワイヤペアの全体を囲むものではない。

コンピュータ産業および遠隔通信産業においては、高周波において短距離でのデジタルデータ信号伝送のために、複数対のツイアンアキシャル銅製ケーブルが周知である。いくつかの典型的な現時点での産業的に一般的な用途には、シリアルアタッチＳＣＳＩ（ＳＡＳ）や、インフィニティバンドや、１０Ｇｂのイーサネット（登録商標）、がある。ケーブルは、通常、企業のデータセンタ内において使用されている。データセンタにおいては、複数の銅製ケーブル連結が、スイッチや、ルータや、ハブや、サーバや、格納ユニット、の間にわたって張り巡らされている。このような用途においては、丸い形状のケーブル構成の内部において８個のツイアンアキシャルペアを使用することが一次的である。その場合、４つのペアがデータを送信し、他の４つのペアがデータを受信する。

データ伝送をエラーフリーなものとするために、ツイアンアキシャル銅製ペアは、互いに対しての物理的整合性がかなり大きなものである必要がある。ペアどうしが物理的に互いに異なるものである場合には、ケーブル内に導入される入力電圧と出力電圧との比率として測定される挿入損失が、大幅に変化してしまう。さらに、挿入損失のばらつき、すなわち、最小損失のペアと最大損失のペアとの間における損失の差が、非常に大きなものとなる。「挿入損失のばらつき」は、精密に制御しなければならない電気的パラメータである。なぜなら、大きすぎる受領電圧を有したペアが大き過ぎるエネルギーを有し、そのため、隣接ペアに対して結合を引き起こしてしまい、クロストークや他のデータエラーを引き起こしてしまうからである。加えて、挿入損失のばらつきのために、受領される電圧をできる限り均衡化させ得るよう、システム設計者は、複雑でパワー消費の少ない信号処理技術を使用せざるを得ない。したがって、バルクケーブルの製造者は、大きな長さへと進み、これにより、例えば絶縁直径や楕円度合いや導体の同心度合いといったようなペアの個々の絶縁ワイヤの物理的特性を、製造ロットの全体にわたって適切に維持することができる。そのような特性は、絶縁が適用される初期的押出操作において維持することが重要であるだけではなく、例えばペアに対してのシールド付与やケーブル化や編み込みや最終的ジャケット化といったようなその後のすべての製造操作においても重要である。

スキューも、また、データ伝送にエラーを追加する。スキューにより、ケーブル内のペアからの信号が遅延して到着する。よって、スキューは、長いケーブルの場合には、重大なものとなる。すべての信号が同時に到達することが理想的である。しかしながら、ケーブル内のペアどうしの間の物理的な不整合性のために、いくつかの信号は、他の信号よりも遅く到達する。したがって、ケーブル内のスキューを低減させて、伝送エラーを低減させることが望ましい。

ケーブルの構成に関して、また重要なことは、最終的なケーブル直径である。最終的なケーブル直径は、最小に維持される必要がある。その結果、ケーブルの製造業者は、典型的には、様々なエア増強されたケーブル誘電体を使用する。これにより、与えられたＡＷＧに関してまたケーブルインピーダンスに関して、最小の可能な直径を得ることができる。うまくないことに、エアが誘電体内に導入されたときにはいつでも、圧潰および変形に対しての物理的抵抗性が、エア含有量に応じて低減する。

工業的に標準的な８ペアケーブルの横断面が、図１に示されている。８個のペアを組み合わせるプロセスは、通常は、「ケーブル化」と称される。ケーブル化操作においては、８個のペアのすべてが、中心軸線まわりにおいて、機械によって、同時的に螺旋巻回される。複数のペアを最もコンパクトな幾何形状に配置し得るよう、２つのペア（７，８）からなる内側層が、６個のペア（１〜６）によって囲まれる。各層は、閉塞ダイを通して螺旋巻回される。これにより、直径が制御されるとともに、複数のペアが番号順に適切に配置される。典型的な工業手順においては、閉塞ダイの後に配置された１つまたは複数のテーピング機械を使用する。これにより、様々な工業的に標準的なＥＭＩ／ＲＦＩシールドおよびテープを適用することができる。図１に示すように、８個のペアの各々は、ラッピングテープからなる少なくとも１つの層によってテーピングされる。これらテープは、一般に、ポリマー（例えば、ポリエステル）とされ、一方の面上に接着剤が付与される。ラッピングテープは、各ペアのまわりに、螺旋的にまたは長手方向に巻回することができる。

その後、中心の２つのペア（７，８）は、第１テープ層（時に、工業的には、「バインダテープ」あるいは「バッファテープ」と称される）によって覆われる。バッファテープは、ソフトで柔軟な非導電性テープであって、ケーブルが衝撃を受けた際にその衝撃を緩衝して吸収することができる。バッファテープは、好ましくは、例えば発泡したポリプロピレンやテフロン（登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＶＣ等といったようなポリマーから形成され、接着剤を含有していない。

残りの６個のペア（１〜６）が、バッファテープからなる第１層まわりに巻回される。その後、バッファテープからなる第２層（１００）が、外側ペア（１〜６）まわりに巻回される。よって、図１は、バッファテープからなる２つの層を示している。一方の層は、内側ペア７，８上に直接的に適用されている。他方の層は、外側ペア１〜６上に直接的に適用されている。

バッファテープからなる第２層上には、シールド層（１０２）とジャケット層（１０４）とが設けられる。図１に示すように、シールドは、アルミニウムテープおよび／または編み込みシールドを備えることができる。ジャケットは、通信用ケーブルのための公知のジャケット材料から形成することができる。

バッファテープからなる複数の層を設けることの目的は、ケーブルに対して印加されたケーブルトルク力の結果としてペアに対して起こり得るような、また、下流側のケーブル編み込みやジャケット化操作に起因してケーブルに対して印加された圧縮力の結果として起こり得るような、物理的歪みを最小化することである。

Vaupotic 氏他による米国特許第７，７９０，９８１号明細書

しかしながら、従来技術によるケーブルは、ケーブル内のペアどうしの間において、整合した挿入損失を示すことがなく、また、整合したスキュー特性を示すこともない。したがって、ケーブル内部の様々なペアどうしの間において挿入損失が低減されているとともにスキュー特性が低減されているような通信ケーブルが、要望されている。

本発明の目的は、挿入損失（ケーブル内に導入された入力電圧と出力電圧との比率）のばらつきが小さな通信ケーブルを提供することである。本発明は、複数のワイヤペアを具備した通信ケーブルを提供するものであり、各ペアは、各ペアの周囲を完全にカバーしているバインダテープを備えている。ケーブルは、さらに、２つの隣接するワイヤペアどうしの間に位置したクッション部材を具備している。クッション部材は、２つの隣接するワイヤペアどうしの間の直接的な接触を防止しているとともに、特定のペアの周縁を完全にはカバーしていない。クッション部材は、選択された隣接ペアの間に、あるいは、すべての隣接ペアの間に、配置することができる。好ましくは、クッション部材は、互いに接触することとなるすべての隣接ペアの間に配置される。本願出願人は、本発明によるケーブルが、ケーブルのフレキシブルさおよびサイズを犠牲にすることなく、整合した挿入損失特性を提供することを、見出した。

本発明の他の目的は、ケーブルを形成するための方法を提供することである。好ましい方法においては、複数のワイヤペアがケーブル内に組み立てられる際に、クッション部材が、複数のワイヤペアと一緒にケーブル化される。本発明による方法は、ケーブルのサイズを増大させてフレキシブルさを低下させるような、各ワイヤペアのまわりにラッピングテープからなる付加的な層や押出ジャケットを追加するプロセスを、容易にかつ安価に行うことができる。

本発明の他の目的は、ケーブルを有した通信設備どうしを接続するための方法を提供することである。

従来技術による８個のペアを有したケーブルを示す横断面図である。 本発明による８個のペアを有したケーブルを示す横断面図であり、クッション部材が、中央ペアのマイナー部分をカバーしている。 本発明による８個のペアを有したケーブルを示す横断面図であり、クッション部材が、中央ペアのメジャー部分をカバーしている。 本発明による８個のペアを有したケーブルを示す横断面図であり、クッション部材が、中央ペアどうしが接触している部分だけをカバーしている。 本発明による４個のペアを有したケーブルを示す横断面図である。 図１に示すケーブルのペアの挿入損失を示すグラフである。 図４に示すケーブルのペアの挿入損失を示すグラフである。 本発明によるケーブル（図４）および従来技術によるケーブル（図１）について、１．５ＧＨｚにおいて各ペアに関しての挿入損失の標準偏差を示すグラフであり、ｘ軸上における数字は、図１におけるワイヤペアの符号を示しており、記号「Ｓ」は、本発明によるケーブルにおける対応ペアを示している。 本発明によるケーブル（図４）および従来技術によるケーブル（図１）について、２．５ＧＨｚにおいて各ペアに関しての挿入損失の標準偏差を示すグラフであり、ｘ軸上における数字は、図１におけるワイヤペアの符号を示しており、記号「Ｓ」は、本発明によるケーブルにおける対応ペアを示している。 本発明によるケーブル（図４）および従来技術によるケーブル（図１）について、５．０ＧＨｚにおいて各ペアに関しての挿入損失の標準偏差を示すグラフであり、ｘ軸上における数字は、図１におけるワイヤペアの符号を示しており、記号「Ｓ」は、本発明によるケーブルにおける対応ペアを示している。 本発明によるケーブル（図４）および従来技術によるケーブル（図１）について、各ペアに関してのスキューの標準偏差を示すグラフであり、ｘ軸上における数字は、図１におけるワイヤペアの符号を示しており、記号「Ｓ」は、本発明によるケーブルにおける対応ペアを示している。

本発明は、サイズのフレキシブルさを犠牲にすることなく、整合性のある挿入損失特性を有した通信ケーブルを提供する。本発明による通信ケーブルは、複数のワイヤペアを備えている。各ワイヤペアは、ペアの周縁まわりにおいてペアを完全にカバーするバインダテープを備えている。各ペアは、２つの絶縁ワイヤと、１つのドレインワイヤと、を備えている。２つの絶縁ワイヤと１つのドレインワイヤとは、ラッピングテープによって互いに一体に保持されている。各ペアは、例えば特許文献１に開示されているようにして、形成することができる。この文献の記載内容は、参考のためここに組み込まれる。複数のペアは、図１の場合と同様に、バッファテープ層とシールド層とジャケット層とによってカバーすることができる。ケーブルは、さらに、互いに隣接する少なくとも２つのペアの間に、クッション部材を備えている。そのようなクッション部材は、隣接ペアどうしの間の直接的な接触を防止し得るようにして、なおかつ、任意の特定のペアの周縁を完全にはカバーしていないようにして、配置されている。よって、クッション部材は、ケーブルの硬さおよびサイズを、意義深くは増大させない。クッション部材は、選択された隣接ペアどうしの間に、あるいは、すべての隣接ペアどうしの間に、配置することができる。好ましくは、クッション部材は、互いに接触することとなるすべての隣接ペアどうしの間に配置される。本願出願人は、驚くべきことに、クッションテープの追加が、挿入損失に対して、また、ケーブル内に導入される入力電圧と出力電圧との比率に対して、整合した小さな変動をもたらすことを、見出した。

クッション部材は、ケーブルが圧縮された際には、衝撃減衰効果を提供する。好ましくは、クッション部材による衝撃減衰効果は、バインダテープによる衝撃吸収効果と比較して、少なくとも同じであるかあるいはそれよりも大きいものである。クッション部材は、ソフトで柔軟な非導電性材料から形成することができる。このような材料は、例えば発泡したポリオレフィンやテフロン（登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン）や延伸テフロン（登録商標）やＰＶＣといったようなポリマーや、布、とすることができる。好ましくは、クッション部材は、テープとして提供され、接着剤を含有していない。

図２は、８個のワイヤペア（２０２ａ〜２０２ｈ）を有した本発明による一実施形態を示している。図１の場合（従来技術）と同様に、ワイヤペアは、中心に位置した２つのワイヤペア（２０２ａ，２０２ｂ）と、これら中心ペアを囲む他の６個のペア（２０２ｃ〜２０２ｈ）と、を備えている。内側のバッファテープ層（２０６）と、外側のバッファテープ層（２０８）と、シールド層（２１０）と、ジャケット（２１２）と、に加えて、本発明は、ケーブルの中心ペア（２０２ａ，２０２ｂ）の間に、クッション部材（２００）を提供する。クッション部材２００は、ペア２０２ａとペア２０２ｂとの間のすべての直接的な物理的接触を軽減するように機能する。好ましくは、クッション部材２００は、互いに接触しているペアを完全にはカバーしていない。図２に示すように、クッション部材（２００）は、ペア２０２ａとペア２０２ｂとの間に挿入されているものの、それらペアの周縁を部分的にしかカバーしていない。図２においては、クッション部材（２００）は、ペア２０２ａとペア２０２ｂとのマイナー部分（小部分）をカバーしており、一方、図３においては、クッション部材（２００）は、ペア２０２ａとペア２０２ｂとのメジャー部分（大部分）をカバーしている。また、クッション部材（２００）は、図４に示すようにして配置することもできる。図４においては、クッション部材（２００）は、クッション部材（２００）が存在しなければペアどうしが接触していたであろうポイントにおいて、ペアに対して接触している。クッション部材の残部は、隣接ペアのいずれに対しても取り付けられている必要はない。これらすべての実施形態は、本発明の範囲内である。クッション部材が、ペア２０２ａ，２０２ｂの間においてプラスチック材料からなる最小の個別層を提供していることに留意することが重要である。これに加えて、本発明においては、それらペアの間に複数の層を設けることもできる。さらに、図２〜図４は、ペア２０２ａ，２０２ｂの間に単一のクッション部材（２００）だけを示しているけれども、本発明は、他のペア（２０２ｃ〜２０２ｈ）のすべての接触ポイントどうしの間において、クッション部材の使用を想定している。例えば、本発明においては、１つまたは複数のクッション部材を、ペア２０２ｃ，２０２ｄの間に、および／または、ペア２０２ｄ，２０２ｅ
の間に、および／または、ペア２０２ｅ，２０２ｆの間に、および／または、ペア２０２ｆ，２０２ｇの間に、および／または、ペア２０２ｇ，２０２ｈの間に、および／または、ペア２０２ｈ，２０２ｃの間に、配置することができる。

図５は、４個のワイヤペア（５０２ａ〜５０２ｄ）を有した本発明の一実施形態を示している。４個のワイヤペアは、フィラー（５２０）のまわりに配置されている。フィラー（５２０）は、ワイヤペアどうしの間の空隙を充填するように機能する。これにより、ワイヤペアがケーブル内部で位置ズレすることを防止し得るとともに、ケーブルの横断面形状を維持することができる。他の実施形態と同様に、４個のワイヤペアは、さらに、バッファテープ層（５０６）とシールド層（５１０）とジャケット（５１２）とによって、うまくカバーすることができる。クッション部材（５００）は、好ましくは、ペア５０２ａ，５０２ｂの接触ポイントの間に、ペア５０２ｂ，５０２ｃの接触ポイントの間に、ペア５０２ｃ，５０２ｄの接触ポイントの間に、および、ペア５０２ｄ，５０２ａの接触ポイントの間に、配置されている。図５に示すように、２つのクッションテープ（５００ａ，５００ｂ）を使用することにより、４つの接触ポイントを緩衝することができる。ここで、テープ５００ａは、ペア５０２ａ，５０２ｂの接触ポイントの間をおよびペア５０２ａ，５０２ｄの接触ポイントの間を緩衝し得るようにして、配置されている。同様に、テープ５００ｂは、ペア５０２ｂ，５０２ｃの接触ポイントの間をおよびペア５０２ｃ，５０２ｄの接触ポイントの間を緩衝し得るようにして、配置されている。図５は、２つのクッション部材を示しているけれども、本発明は、また、例えば各々が４つの接触ポイントの間に配置された４つの個別のクッションテープの使用も、想定している。

ケーブルの組立時には、クッション部材は、好ましくは、ワイヤペアの場合と同じケーブル化機構を使用して、ケーブル内において螺旋巻回される。よって、ケーブルの組立に際して追加すべきツールおよび機械は、クッション部材を取り扱うための設備のみである。よって、元々の機械設備を大幅に変更する必要がない。さらに、ケーブルの組立時にクッション部材を直接的にケーブル化することにより、各ペアのジャケットを個別にラッピングしたり押し出したりする場合と比較して、プロセスをはるかに単純化することができる。

図面においては、４個のワイヤペアあるいは８個のワイヤペアが図示されているのみではあるけれども、本発明は、また、少なくとも２つのペアがクッション部材によって隔離される限りにおいては、他のケーブル構成に対しても応用することができる。これにより、ペアどうしの間の直接的な接触を防止することができる。

［実施例］
本発明によるケーブルを、従来技術によるケーブルと比較した。従来技術によるケーブルは、図１に示すようにして構成し；本発明によるケーブルは、図４に示すようにして構成した。双方のケーブルを、挿入損失に関して、および、スキューに関して、テストした。本発明によるケーブルに関するデータは、１６８個の個別の測定を含む２１個のケーブルサンプルから収集した。従来技術によるケーブルに関するデータは、過去の６ヶ月のすべてのテストデータを含むインハウスデータベースから入手した。

図６は、従来技術によるケーブルの挿入損失を示している。ペア番号８が、グループ外へと外れており、黒点で示す規格限界の近くにあることに注意されたい。これは、おそらく、ケーブル動作時のこのペアの物理的変形によるものである。図７は、本発明によるケーブルの挿入損失を示している。本発明によるケーブルにおいては、ペア番号８の特性が改良されていること、および、挿入損失の分布のばらつきが全体的に少ないことに注意されたい。

図８〜図１０は、それぞれ１．５，２．５，５．０ＧＨｚにおけるケーブルの各ペアの挿入損失の標準偏差を示している。本発明によるケーブルは、従来技術と比較して、はるかに小さな挿入損失のばらつきを示した。

図１１は、ケーブルの各ペアのスキューに関する標準偏差を示している。本発明によるケーブルは、従来技術と比較して、はるかに小さなスキューのばらつきを示した。

上記においては、本発明のいくつかの好ましい実施形態について詳細に説明したけれども、当業者であれば、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、上述したような本発明の様々な実施形態に対して様々な変形や修正を加え得ることは、自明であろう。したがって、本発明は、特許法に基づき特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。

２００ クッション部材、クッションテープ
２０２ａ ワイヤペア
２０２ｂ ワイヤペア
２０２ｃ ワイヤペア
２０２ｄ ワイヤペア
２０２ｅ ワイヤペア
２０２ｆ ワイヤペア
２０２ｇ ワイヤペア
２０２ｈ ワイヤペア
２０６ 内側のバッファテープ層
２０８ 外側のバッファテープ層
２１０ シールド層
２１２ ジャケット
５０２ａ ワイヤペア
５０２ｂ ワイヤペア
５０２ｃ ワイヤペア
５０２ｄ ワイヤペア
５０６ バッファテープ層
５１０ シールド層
５１２ ジャケット
５２０ フィラー

Claims (20)

1. ケーブルであって、
   複数のワイヤペアであるとともに、各ペアが、ラッピングテープからなる少なくとも１つの層によってカバーされた２つの絶縁ワイヤを備えている、複数のワイヤペアと；
   ２つの隣接するワイヤペアどうしの間に配置されていて、それら２つの隣接するワイヤペアどうしの間の直接的な接触を防止するための、少なくとも１つのクッション部材と；
   を具備していることを特徴とするケーブル。
2. 請求項１記載のケーブルにおいて、
   前記クッション部材が、ソフトで柔軟な材料から形成されていることを特徴とするケーブル。
3. 請求項１記載のケーブルにおいて、
   ８個のワイヤペアを具備していることを特徴とするケーブル。
4. 請求項１記載のケーブルにおいて、
   ２個のワイヤペアが、中心に配置されており、
   ６個のワイヤペアが、前記中心に配置された前記２個のワイヤペアのまわりに配置されていることを特徴とするケーブル。
5. 請求項４記載のケーブルにおいて、
   前記少なくとも１つのクッション部材が、前記中心に配置された前記２個のワイヤペアの間に配置されていることを特徴とするケーブル。
6. 請求項４記載のケーブルにおいて、
   さらに、前記中心に配置された前記２個のワイヤペアを囲んでいるバッファテープからなる第１層を具備していることを特徴とするケーブル。
7. 請求項６記載のケーブルにおいて、
   前記６個のワイヤペアが、前記バッファテープからなる第１層のまわりに配置されていることを特徴とするケーブル。
8. 請求項７記載のケーブルにおいて、
   さらに、前記６個のワイヤペアを囲んでいるバッファテープからなる第２層を具備していることを特徴とするケーブル。
9. 請求項８記載のケーブルにおいて、
   さらに、前記バッファテープからなる第２層を囲んでいる少なくとも１つのシールド層を具備していることを特徴とするケーブル。
10. 請求項９記載のケーブルにおいて、
    前記少なくとも１つのシールド層が、金属テープ層とされている、および／または、編込シールド層とされている、ことを特徴とするケーブル。
11. 請求項１０記載のケーブルにおいて、
    さらに、前記少なくとも１つのシールド層を囲んでいるジャケットを具備していることを特徴とするケーブル。
12. 請求項１記載のケーブルにおいて、
    前記クッション部材からなる層が、前記中心に配置された前記２個のワイヤペアの各々の周縁を部分的にカバーしていることを特徴とするケーブル。
13. 請求項１記載のケーブルにおいて、
    ４個のワイヤペアを具備していることを特徴とするケーブル。
14. 請求項１３記載のケーブルにおいて、
    前記４個のワイヤペアが、中心フィラーのまわりに配置されていることを特徴とするケーブル。
15. 請求項１４記載のケーブルにおいて、
    前記クッション部材からなる少なくとも１つの層が、隣接するワイヤペアの間に配置されており、これにより、それら隣接するワイヤペアの間の直接的な接触を防止していることを特徴とするケーブル。
16. 請求項１５記載のケーブルにおいて、
    さらに、前記４個のワイヤペアを囲んでいるバッファテープを具備していることを特徴とするケーブル。
17. 請求項１６記載のケーブルにおいて、
    さらに、前記バッファテープからなる第２層を囲んでいる少なくとも１つのシールド層を具備していることを特徴とするケーブル。
18. 請求項１７記載のケーブルにおいて、
    前記少なくとも１つのシールド層を囲んでいるジャケットを具備していることを特徴とするケーブル。
19. ケーブルを形成するための方法であって、
    ａ．複数のワイヤペアであるとともに、各ペアが、ラッピングテープからなる少なくとも１つの層によってカバーされた２つの絶縁ワイヤを備えている、複数のワイヤペアを準備し；
    ｂ．少なくとも１つのクッションテープを準備し；
    ｃ．前記少なくとも１つのクッションテープを、２つの隣接するワイヤペアの間に配置することによって、前記ケーブルを組み立て、これにより、前記クッションテープによって、前記２つの隣接するワイヤペアの間の直接的な接触を防止する、
    ことを特徴とする方法。
20. 請求項１９記載の方法において、
    前記ステップｃにおいては、同一のケーブル化機構を使用して、前記クッションテープの螺旋巻回と、前記複数のワイヤペアの螺旋巻回と、を行うことを特徴とする方法。